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原文传递基于隧道围岩地球化学异常的不良地质识别与预测研究及工程应用

论文题名：	基于隧道围岩地球化学异常的不良地质识别与预测研究及工程应用
关键词：	隧道工程;不良地质;地球化学异常;地质分析;地质预报
摘要：	超前地质预报是准确探明断层破碎带等可能导致地质灾害的不良地质体的有效手段，已被纳入相关标准，成为隧道建设灾害防治的核心工序。地质分析法是最基本的超前预报方法之一，也是其它预报方法解译的基础。但传统隧道内地质分析长期以来依赖于人工经验进行定性判断，主观性强，易误判漏判。阻碍当前基于地质分析法识别与预测不良地质体的工作难以取得突破性进展的主要原因之一，便是隧道内地质信息定量方法和探测技术的滞后。因此，必须加强隧道地质信息量化表征理论探索和探测技术方法研究，深入了解不良地质的形成条件、分布规律和产出特征，进一步查明指示不良地质存在的地质标志和现象，有针对地开发获取、加工、识别、分析和解释海量地质定量信息的手段和工具。这不仅仅是一个技术难题，也是一个理论难题。　　本文以国家自然科学基金优青项目“岩溶隧道不良地质智能识别与突水突泥灾变防控”与企业重大课题“新疆料工程超特长隧洞TBM集群施工地质灾害预测预报技术研究”为依托，在“基于地质异常识别不良地质”理论指导下，选择围岩地球化学信息作为地质定量信息，紧密围绕隧道围岩地球化学异常和不良地质识别预测这个主题，开展隧道围岩地化异常的理论基础研究，异常的识别和圈定技术与方法研究，以及基于地化异常的不良地质识别与预测研究等，并以新疆料工程为例，成功识别与预测了某一断层带的位置、展布与规模。本研究主要包括以下内容。　　(1)通过文献调研与案例分析，归纳造成岩体地球化学异常的可能成因，总结不同异常成因中岩体的“地球化学背景、基岩类型、赋存异常的地质体、异常指示元素”等，建立隧道围岩地球化学异常成因模式分类，进一步分析不同成因机制下地球化学异常的表现特征，明确典型不良地质体同围岩地球化学异常特征间的空间产出关系; 　　(2)针对现有隧道围岩元素矿物数据异常识别方法受数据分散度或极值的影响，易造成放大或忽略某些围岩地球化学异常的难题，结合多元统计理论与空间插值拟合等方法，建立系统的数据快速采集-预处理-共生组合分析-空间分布建模-异常圈定的成套隧道围岩地球化学异常识别方法; 　　(3)建立了基于隧道围岩地球化学异常的不良地质体识别预测方法和实施流程。从分析隧址区的地球化学背景入手，利用圈定出的围岩地球化学异常区域，根据相似类比识别存在的不良地质体，依托时间序列技术实现对掌子面前方岩体地化数据的预测，通过动态地探测-建模-圈定-识别-预测-再圈定-再识别，最终实现不良地质的定量识别与预测; 　　(4)在新疆水木工程XE隧洞I标的部分里程洞段进行工程应用，现场开展了测试和验证，识别与预测了隧道开挖遭遇不良地质的位置、类型、规模和影响，对方法的有效性和适用性进行了验证和评价。
作者：	刘福民
专业：	岩土工程
导师：	李术才;许振浩
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2022